一般流體智力研究中工作記憶與注意的關(guān)系

1、心理科學(xué)進展 2005,13(4:448453Advances in Psychological Science一般流體智力研究中工作記憶與注意的關(guān)系羅婷焦書蘭王青(中國科學(xué)院心理研究所,北京 100101(中國人民大學(xué)勞動人事學(xué)院,北京100872摘要隨著對一般流體智力的研究逐步深入,研究者們認為了解工作記憶與注意的相互關(guān)系是解決一般流體智力與前二者結(jié)構(gòu)關(guān)系的關(guān)鍵。由于工作記憶系統(tǒng)中中央執(zhí)行器的功能尚不明確,注意控制能力與工作記憶的關(guān)系難以確定。研究者中存在兩種不同的觀點:一種認為兩者之間存在著密切的互動,另一種則認為兩者就是同功同構(gòu)的一個認知成分。關(guān)鍵詞一般流體智力,工作記憶,注意。分類號

2、 B8421 引言智力的研究一直以來都是心理學(xué)研究中一個備受關(guān)注的部分,近年來,研究者通過對基本認知能力或者信息加工過程進行描述,來刻畫智力的結(jié)構(gòu),很多研究者以一般流體智力(general fluid intelligence作為研究對象。這一概念是將Cattell的流體智力概念與Spearman的一般智力概念相結(jié)合而來的,既強調(diào)智力因素的一般性,同時也強調(diào)其隨年齡變化的流動性。這方面的研究表明:加工速度、工作記憶是影響一般流體智力水平的主要因素,其中工作記憶起著更直接、更一般的作用1。Baddeley和Hitch2提出的工作記憶系統(tǒng)(working memory system包含一個中央執(zhí)行

3、器(central executive,以及兩個從屬的子系統(tǒng):負責(zé)言語材料暫時存儲和處理的語音環(huán)路(phonological loop和負責(zé)視覺材料暫時存儲和處理的視空間緩沖區(qū)(visuo -spatial sketchpad。不同于傳統(tǒng)的長時記憶和短時記憶的劃分,工作記憶強調(diào)了記憶的加工成分,指的是在存儲的同時對記憶內(nèi)容進行復(fù)述、更新等操作的能力。研究者早就發(fā)現(xiàn)工作記憶能力與推理能力有顯著的相關(guān),因而將其看作是推理能力的主要成分。1990年,Kyllonen和Christal3對大量新招募的美國空軍飛行員進行了瑞文漸進推理測試和工作記憶的測驗,發(fā)現(xiàn)兩類測驗之間有非常高的相關(guān),但智力測驗更多地

4、反映了過去的知識,而工作記憶更容易受加工速度的影響。也就是說工作記憶與智力的相關(guān)主要存在于智力的動態(tài)部分一般流體智力(gF, general fluid intelligence,而Kyllonen4甚至直接提出工作記憶就是智力的g因素。收稿日期:2005-02-08通訊作者:羅婷,E-mail: luoting,電話010-*工作記憶系統(tǒng)與注意能力有密切的關(guān)系。Baddeley就曾指出5,工作記憶的中央執(zhí)行成分類似于管理注意系統(tǒng)(Supervisory Attention System, SAS,其作用是對工作記憶的另兩個結(jié)構(gòu)性子系統(tǒng)起著控制和協(xié)調(diào)第13卷第4期一般流體智力研究中工作記憶與注

5、意的關(guān)系 -449-的作用,因而是整個工作記憶系統(tǒng)中最為重要的部分。如果工作記憶影響著一般流體智力的水平,那么,中央執(zhí)行器也一定對一般流體智力有所影響。對于中央執(zhí)行器的具體功能爭論很多,已得到證實的包括對兩個存儲子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力6;和注意控制能力5。由此可以推測,注意能力與一般流體智力可能也有著密切的聯(lián)系。在一些新近的智力理論中,也有人指出注意在智力活動中起著重要的作用。在智力的三層結(jié)構(gòu)理論中, Sternberg7在成分子理論中提出智力的元成分,以及在Kirby和Das8的PASS模型中假設(shè)的計劃系統(tǒng),都強調(diào)了認知過程中的計劃和監(jiān)控能力,也就是注意能力。智力與注意的關(guān)系在很多研究中都得到了證

6、實。Fogarty和Stankov9使用雙任務(wù)范式研究發(fā)現(xiàn)個體在雙任務(wù)中的表現(xiàn)與他們的智力水平有顯著的相關(guān)。Stankov10認為是某種能力影響到編碼的有效性,以及處理復(fù)雜任務(wù)的績效,從而影響到雙任務(wù)操作效率,而這種能力同樣也是影響智力水平的因素。他將這種能力解釋為認知策略的使用,即在雙任務(wù)條件下,高智力的個體能夠更迅速地學(xué)會使用有效的策略。同樣使用雙任務(wù)與單任務(wù)作業(yè)比較,Ben-Shakhar11也發(fā)現(xiàn)雙任務(wù)的成績不能由單任務(wù)成績完全解釋,其不能解釋的部分在不同的雙任務(wù)中相當一致(相關(guān)系數(shù)介于0.520.72之間,并保持穩(wěn)定。同時,這一成分還與個體的智力水平有顯著的相關(guān)。他們分析認為這個一致

7、而穩(wěn)定的成分應(yīng)該是一種特定的認知能力注意分配能力。因為雙任務(wù)績效中該成分的影響與智力之間的相關(guān)隨著練習(xí)次數(shù)增加而迅速下降,正說明了隨著練習(xí)而來的自動化操作降低了注意對雙任務(wù)操作的參與。我們很難確定導(dǎo)致雙任務(wù)績效與智力相關(guān)的因素究竟是策略的使用還是注意的分配,而大量來自雙任務(wù)研究的結(jié)果說明加工結(jié)構(gòu)(功能不同,并具有一次性占有性的結(jié)構(gòu)單元方面的競爭和注意資源方面的競爭都是雙任務(wù)績效的影響因素。這兩個方面似乎都和工作記憶有著密切的關(guān)系。包燕12在關(guān)于分配注意對短時記憶的影響的研究綜述中也提到,多重競爭機制可以有效地解釋分配注意對短時記憶編碼的影響。而多重競爭機制正是以Baddeley的工作記憶系統(tǒng)為

8、基礎(chǔ)提出的,編碼中對注意資源的競爭體現(xiàn)在中央執(zhí)行功能上,而加工結(jié)構(gòu)方面的競爭則反映在語音回路和視空間緩存兩個子系統(tǒng)上。由此看來,一般流體智力與工作記憶、注意三者之間的關(guān)系非常密切,而解釋三者關(guān)系的關(guān)鍵就在于辨析注意與工作記憶的關(guān)系。2 互動的觀點很多研究都顯示,注意與工作記憶之間存在著密切的互動關(guān)系,這在很多行為實驗中都有所描述。從分心物入手探討注意選擇與工作記憶關(guān)系的研究說明13:在恒定分心物干擾下,注意選擇的分心物習(xí)慣化機制能夠保護工作記憶的編碼、存儲不受分心物干擾;而在非恒定分心物干擾下,注意選擇則可以通過分心物抑制機制保護工作記憶的編碼、存儲,以及加工過程。Downing的研究14也描

9、述了注意和工作記憶的互動關(guān)系:不僅是注意對進入工作記憶的內(nèi)容進行過濾,同時工作記憶中存留的內(nèi)容對注意的選擇過程也有導(dǎo)向作用。對于工作記憶對注意選擇的引導(dǎo)作用,研究者-450- 心理科學(xué)進展 2005年們提供了3種不同層次的解釋:一是工作記憶的內(nèi)容實際上是激活了長時記憶中該刺激的表征,使這些表征在注意資源的競爭中取勝;二是工作記憶中保留的內(nèi)容使大腦皮層保持興奮性,因而在注意選擇過程中具有優(yōu)勢;三是工作記憶內(nèi)容的激活作用使神經(jīng)細胞在刺激消失之后仍保持選擇性,因此對目標刺激的反應(yīng)更敏感。神經(jīng)定位研究結(jié)果也向我們展示了二者的密切聯(lián)系。Fockert15等人結(jié)合行為實驗和fMRI技術(shù)研究了工作記憶和注意

10、選擇的關(guān)系。行為實驗的結(jié)果表明:當同時進行注意選擇任務(wù)(面孔-名字匹配判斷,以及與該選擇任務(wù)無關(guān)的工作記憶任務(wù)(數(shù)字記憶時,高工作記憶負載條件導(dǎo)致被試在注意選擇任務(wù)中的績效下降。該研究與其它研究不同的是采用了無關(guān)的工作記憶任務(wù),但結(jié)論卻是一致的:工作記憶的載荷在注意選擇過程中對干擾刺激的抑制有顯著的影響,當工作記憶任務(wù)與選擇注意任務(wù)相關(guān)時,較大的記憶載荷有利于抑制無關(guān)刺激的干擾,而當工作記憶任務(wù)與選擇注意任務(wù)無關(guān)時,較大的記憶載荷則使得對干擾刺激和目標刺激的區(qū)分效率降低。fMRI的結(jié)果表明:腦后部皮層活動和抑制干擾刺激相關(guān),前額葉皮層的活動和工作記憶載荷有關(guān),此兩處的皮層活動有明顯的交互作用。

11、此結(jié)果也支持了Shallice16的觀點:額葉在注意選擇過程中扮演著重要的角色。其它一些神經(jīng)生理方面的研究也提供了類似的證據(jù)。PET研究報告:前額葉、運動前區(qū)、后頂葉和枕葉皮質(zhì)參與了工作記憶任務(wù)。ERP研究則指出了頂葉和前額葉的活動與視空間工作記憶有關(guān)。SSPT (Steady-state Probe Topography研究17也證實頂葉和前額葉參與了視空間工作記憶的活動。前額葉和頂葉皮質(zhì)也同樣被認為在控制性注意活動中起著重要的作用。盡管很多研究都證實工作記憶和控制性注意都牽涉到一些共同的腦區(qū)活動18,但卻不能認為兩者是同一個認知成分。對注意缺陷病例的研究發(fā)現(xiàn)成年的注意缺陷患者(attent

12、ion-deficit/hyperactive disorder, ADHD存在著明顯的空間工作記憶障礙19,但在兒童注意缺陷患者的研究中卻沒有發(fā)現(xiàn)顯著的工作記憶障礙20。3 同功同構(gòu)的觀點基于Baddeley的工作記憶理論,一些研究者認為控制性注意與工作記憶的關(guān)系不僅僅是互動,而是一種更為深入的同功同構(gòu)的關(guān)系。Engle和randall曾提出工作記憶作為一般流體智力的一個重要成分,就是控制性注意的一種體現(xiàn)21。Engle等人22在通過結(jié)構(gòu)方程模型考察工作記憶、短時記憶和一般流體智力之間的關(guān)系時發(fā)現(xiàn),工作記憶與短時記憶的差異主要體現(xiàn)在中央執(zhí)行功能和策略使用上,而這兩方面都涉及到對注意資源的分配

13、和控制。此外,他們還發(fā)現(xiàn),相對于工作記憶容量較小的個體,工作記憶容量較大者的注意選擇的抑制效率也較高。因此他們認為,工作記憶能力的差異實際上反映了控制性注意的差異。對于Engle的觀點,Kane等人則以視覺搜索實驗進行了驗證23。他們在兩種實驗條件(無附加任務(wù)和有附加任務(wù)下,對工作記憶容量較大和工作記憶容量較小的兩類被試進行了比較,證實兩類被試的工作記憶差異的確是由注意控制能力的差異導(dǎo)致的。工作記憶容量較大的被試能夠較好地控制注意分配,而工作記憶容量較小的被試則第13卷第4期一般流體智力研究中工作記憶與注意的關(guān)系 -451-會浪費注意資源。Conway等人24采用相關(guān)和結(jié)構(gòu)方程建模的方法對工作

14、記憶、短時記憶和加工速度與一般流體智力的關(guān)系進行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)工作記憶與一般流體智力之間的路徑相關(guān)高達0.98,而短時記憶與一般流體智力只有低相關(guān)。由此可見,工作記憶與一般流體智力之間的關(guān)系源自于工作記憶的“工作”部分,而非“記憶”部分。Engle25認為,工作記憶之所以與一般流體智力存在高相關(guān)是因為兩者都需要控制性注意的參與,即能夠激活并保持當前加工的信息。加之一些研究者認為控制性注意是工作記憶中中央執(zhí)行器的主要功能之一,Conway26提出工作記憶與控制性注意是同功同構(gòu)的,并且是g因素的主要成分。同功同構(gòu)觀點的支持者認為注意控制能力是這一認知成分的核心,工作記憶的存儲成分和操作成分之間的

15、相互作用是由注意控制能力作為中介的。注意所選擇的元素(注意焦點即當前正在被加工的元素。Conwan27提出了一個包含兩種不同特性記憶成分的模型來說明注意的選擇作用。其中包括長時記憶中被激活的表征和被注意選擇的表征,前者是不受資源限制影響的,而注意焦點中的表征受到資源有限性影響,即只有有限數(shù)量的表征能夠進入注意焦點。在此基礎(chǔ)上McElree28在他的研究中提出了一個改進的模型,包含了3種不同特性的記憶成分:一是存儲所有靜態(tài)記憶表征的長時記憶,這個部分不受到資源有限性的影響;其次是存儲一定數(shù)量的當前動態(tài)記憶表征的工作記憶,此部分受到資源限制的影響,存儲的數(shù)量影響到提取的效率;此外極少數(shù)量(可能僅有

16、一個單位的表征可以成為當前注意的焦點。這種功能上的劃分為工作記憶的加工和存儲功能分離提供了支持,也能很好地解釋一些關(guān)于工作記憶和注意交互作用的研究結(jié)果,如前面提到的Downing的研究結(jié)果14。Oberauer29以Conwan模型為依據(jù)進行的研究也得出類似McElree的結(jié)果:工作記憶可劃分為加工和存儲兩個相對獨立的功能成分。除了當前正在加工的(注意焦點信息外,暫時不加工的動態(tài)信息可以單獨存儲以便隨時直接提取,而長時記憶中激活的信息則必須通過與前兩部分信息的聯(lián)系間接提取。注意焦點和可直接提取部分作為工作記憶的不同成分能夠分離的前提是:有一部分信息是當前暫不參與加工的,并且需要一定的時間(至少

17、2秒左右將這部分信息轉(zhuǎn)入可直接提取的暫時存儲狀態(tài)。反應(yīng)時結(jié)果表明:可直接提取部分的容量是受到資源限制的,其存儲量增加使信息提取的速度下降。而處于注意焦點中的表征的狀態(tài)非常特殊,它被再次選擇成為注意焦點所需的時間比從暫時存儲狀態(tài)中直接提取其它信息更為迅速,反應(yīng)時差異可達幾百毫秒。4 小結(jié)盡管各方面的研究者對注意與工作記憶之間的關(guān)系提供了證據(jù)和解釋,但這些結(jié)果卻隱含著一個重大的分歧。注意和工作記憶究竟是有互動關(guān)系的不同認知成分,還是應(yīng)該被看作是所謂“同功同構(gòu)”的認知成分,這是兩種不同的研究出發(fā)點,對研究的設(shè)計及結(jié)果的解釋都有很大的影響。一些研究者持著不同認知成分的觀點,較多地探討兩者的互動關(guān)系;而

18、從同一認知成分的角度出發(fā)的研究者,則基于以控制性注意作為工作記憶中央執(zhí)行器的主要功能的假設(shè),著重于分-452- 心理科學(xué)進展 2005年析注意在工作記憶中的功能機制,給二者的相互關(guān)系提供了可能的解釋。大量的依據(jù)都證實了一般流體智力與工作記憶和注意的關(guān)系,但對于三者之間作用機制的解釋尚不確定。這里的關(guān)鍵是在于如何解釋工作記憶與注意的關(guān)系。盡管很多研究者通過反應(yīng)時實驗、結(jié)構(gòu)方程模型以及腦功能成像等各種手段進行了研究,提出了一些可行的解釋。但由于注意機制和工作記憶系統(tǒng)本身的復(fù)雜性,兩者之間的關(guān)系尚不能得到清晰、全面的描述。同功同構(gòu)的觀點有一定的說服力,但仍需要進一步證實。尤其如何看待一般流體智力和工

19、作記憶、注意三者的關(guān)系,仍需要從整合的角度進行探討。參考文獻1 王亞南, 劉昌. 工作記憶、加工速度與流體智力的發(fā)展.心理科學(xué), 2004, 27(2: 5075092 Baddeley A D, Hitch G. Working memory. In: G. A. Bower.The psychology of learning and motivation. New York: Academic Press, 1974, 8: 47893 Kyllonen P C, Christal R E. Reasoning ability is (little morethan working-me

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